ASP2060粉末高速钢五金模具失效原因分析.pdf

模具材料及热处理技术ASP2060粉末高速钢五金模具失效原因分析孙建祥，颜敏娟？（1.葛利兹模具科技（深圳)有限公司，广东深圳5 1 8 0 0 0；2.杭州萧山技师学院，浙江杭州31 1 2 0 3)【摘要】用粉末钢ASP2060制造的模具出现崩角现象，体式显微镜分析显示断裂源位于磨削表面，金相分析表明模具材料组织正常，冲击韧性结果显示材料韧性合格；对该模具的断裂韧性进行了讨论。关键词：粉末高速钢；模具；失效分析；断裂韧性中图分类号：TG174DOl:10.12147/ki.1671-3508.2023.10.022for ASP2060 Powder Metal High Speed Tool Steel(1.Groeditz Mold Technology(Shenzhen)Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518000,CHN;2.Hangzhou Xiaoshan echnician College,Hangzhou,Zhejiang 311203,CHN)Abstract Die made by powder metal tool steel ASP2060 happened the chipping failure,whichcrack origin was investigated by the stereo microscope and the results shows it is located at thegrinding surface.With the metallographic microscope it revealed the microstructure was inaccordance to the quality specification,and the impact toughness showed its value was qualified;the fracture toughness was discussed in this paper.Key words:powder metal tool steel;die;failure analysis;fracture toughness1引言如图1 所示，某五金厂模具，外形尺寸38 0 6 0 20mm，为纺织器材模具，材料为法国Erasteel粉末高速钢产品ASP2060。模具加工工序为：下料一淬火、回火能控制技术,提出了一种基于模型预测控制算法的自适应控制方法,并在实际生产中进行了验证。实验结果表明,该控制方法具有良好的鲁棒性和自适应性，可以有效地提高产线的稳定性和生产效率,为超薄玻璃基板化学沉积镀膜产线技术的发展提供了重要的理论与实践支持。参考文献1】秦子川电子信息显示用超薄玻璃基板现状分析 .建筑玻璃与工业玻璃,2 0 1 8，（2）:8模具制造2 0 2 3年第1 0 期文献标识码：BStamping Die Failure AnalysisSun Jianxiang,Yan Mingjuan?线切割加工磨削加工手工抛光刃口一成品；热处理工艺为：1,1 2 0 真空炉奥氏体化，高压氮气淬火；5604 h 3次回火。模具在磨削加工过程中，出现崩角现象,磨削砂轮为氧化铝A60GV型号砂轮。2】吕乐,马润,盛锡慧焘子等。浅析超薄玻璃基板发展现状及趋势 J.建筑玻璃与工业玻璃，2 0 2 3，（3)：43 宋艳莉，叶良恒.高世代TFT-LCD超薄玻璃基板的市场供需情况 J.建材世界,2 0 2 1,4 2(3)：54】秦子川电子信息显示用超薄玻璃基板现状分析 。建筑玻璃与工业玻璃,2 0 1 8,(2):85 宋艳莉，叶良恒.高世代TFT-LCD超薄玻璃基板的市场供需情况 J.建材世界,2 0 2 1,4 2(3):7 4 7 8作者简介：石磊，男，1 9 9 5 年9 月生，汉族，山西临汾人，初级，在读硕士，研究方向：先进智能控制技术。(收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 0）0 MM73模具材料及热处理技术腐蚀态500 x磨削表面23222324 25 26272829 30图1 模具2检验结果及分析2.1断口分析模具的断口形貌如图2、图3所示，属于脆性开裂，裂纹源位于磨削平面，裂纹扩展后形成崩角。沿图2 所标识的红线进行线切割,并金相制样，观察金相组织。裂纹源位置裂纹源图5 腐蚀态组织5 0 0 x图6 所示为模具的基体组织，为回火马氏体+碳化物，组织属于正常。基体组织1000 x线切割路径断面50um图6 基体组织1 0 0 0 x2.4化学成分检验图2 断口形貌及线切割示意图采用直读光谱仪，化学成分检验结果如表1 所示。表1 楼模具的化学成分元素CSi2.10标准值2.50裂纹源位置磨削表面图3断口形貌图2.2硬度检查采用洛氏硬度计检测模具硬度：6 5.4 HRC，65.7HRC，6 5.4 H R C，平均为6 5.5 HRC，符合热处理硬度要求6 5 6 7 HRC范围。2.3金相组织检验金相试样的抛光态如图4 所示，抛光态下，组织纯净,未发现异常，腐蚀态组织如图5 所示,未发现与断裂直接相关的组织缺陷。抛光态100 x磨削表面裂纹源图4 抛光态组织1 0 0 x.74%MnWMo6.606.103.806.1010.007.406.90实测值2.30 0.580.302.5冲击韧性测试在模具上分别制取7 1 0 5 5 的4 件试样，用Zwick/RoellRPK450冲击试验机对该模具材料进行冲击韧性测试，冲击韧性值为：1 8.0 5 J,23.87J,19.61J，24.00J,符合材料在该硬度下的正常范围。2.6表面粗糙度测量用三丰SJ-310粗糙度仪对该模具的磨削面即形成裂纹源的表面进行粗糙度测量，测得的粗糙度值为Ra0.87m,Rz6.1m,该表面粗糙度值比较粗，粉末钢具有较高的缺口敏感性，容易在应力集中下造成开裂。2.7扫描电镜分析图7 所示为模具磨削表面扫描电镜的图片，由图断面7可见深浅不一和不同粗细的磨削痕迹，这些磨削痕250um迹作为缺陷而易产生应力集中而导致开裂。Cr4.606.456.85模具制造2 0 2 3年第1 0 期VCo6.9011.004.016.6110.11模具材料及热处理技术或大于Ra0.2m时,抗弯强度大大提高（见图1 0)。本失效模具表面较为粗糙，表面粗糙度值为Ra0.87m，材料能够承受的强度损失很大，应该采用更细的砂轮，合适的磨削工艺，来提高表面粗糙度。7665HRCPd/泉45SE10kV图7 模具表面SEM形貌3讨论ASP2060钢材具有极高的耐磨性、极高的抗压强度，良好的加工性能，良好的透性能，用它作五金冲裁模，选材是合理的；所制定的本失效模具热处理工艺是规范的，而且热处理后的硬度符合要求；成分和组织均正常。该模具的失效发生于磨削过程中,裂纹源位于磨削加工面，根据裂纹源的特征，可以认为是受到法向磨削力的作用而开裂。根据裂纹的受力特征，本失效模具的崩角开裂可以认为是滑开型裂纹，其受力状态的模型如图8 所示。WD14201a432100图9 表面粗糙度与抗弯强度的关系挤压屈服强度，MPa500040003000200010005570HRC0.5表面粗糙度Ra/mRa0.260硬度/HRC图1 0 硬度与抗压屈服强度关系1.01.5652.0704结论(1)模具材料的组织、成分、硬度和冲击韧均正图：受力状态常，模具是在磨削作用力下开裂，裂纹源位于位于磨依据Griffith理论对于脆性材料断裂分析的研究，削平面。可用下式来表达该模具裂纹源处的受力情况，(2)模具表面比较粗糙，依据Griffith理论，模具能Kic=T，依据资料所述,Kic约等于1 0 MPa,表示模够承受的最高磨削应力仅有1 7 0 MPa,大降低了材料具受到的磨削力，表示裂纹尺寸，此处指砂轮磨削时能够承受的强度。表面产生的划痕,此模具磨削时采用的砂轮型号是氧化铝A46HV,此型号的砂轮氧化铝颗粒尺寸，平均大小约0.35 mm。可以求得，能够承受的磨削应力为170MPa,大大低于材料能够承受的抗弯强度4,0 0 0 MPa。当模具材料的Kic一定时，材料能够承受的最大磨削力与裂纹尺寸成反比，这与实际应用情况相一致，与图9 中粉末钢抗弯强度与表面精糙度之间的关系相一致。粉末钢具有较高的缺口敏感性，容易在应力集用下崩角开裂，提高表面粗糙度，尤其是达到模具制造2 0 2 3年第1 0 期参考文献1李庆芬,朱世范.断裂力学及其工程应用 M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2 0 0 8.2段莉萍，陈耘，张联珍，杨忠贤粉末高速钢齿轮拉刀的断裂分析 J.金属热处理，2 0 1 1，（36)：39 7 4 0 0第一作者简介：孙建祥，男，1 9 7 7 年1 2 月生，汉族,浙江杭州人，研究生，长期从事工模具钢及热处理的技术研发及生产工作。（收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 0）DMM75